대한민국 해군 독도급·마라도함 함정 공기후류(Airwake) 조우 시 해병대 상륙기동헬기 마린온(MUH-1) 능동 오토파일럿 1,000Hz 0-Alloc C# 착함유도 엔진

제1장: 함정 아일랜드 공기후류(Airwake) 난류장 및 로터 공력 수학적 모델

함정 비행갑판 상공의 순간 풍속 벡터 $\mathbf{V}_{ ext{air}}(x, y, z, t)$는 함속에 의한 정적 유동장 $\mathbf{V}_{ ext{mean}}$과 아일랜드 박리 와류 난류 $\mathbf{u}_{ ext{turb}}$의 합으로 정의됩니다:

제2장: 상대 6자유도 동요 추적 및 착함 허용 녹색 윈도우(Green Window)

함정 갑판의 실시간 6자유도 위치·자세 $\mathbf{x}_{ ext{deck}}(t)$와 헬기 랜딩기어 $\mathbf{x}_{ ext{gear}}(t)$ 사이의 상대 침하 충격을 방지하는 자동 착함 조건은 다음과 같습니다:

제3장: 1,000Hz 0-Alloc C# 마린온 착함 오토파일럿 엔진 아키텍처

1ms 실시간 루프에서 공기후류 돌풍을 외란 관측기로 추정하고 주로터 콜렉티브 및 사이클릭 서보를 무할당 계산하는 순수 C# 코어입니다:

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Defense.MarineonLanding
{
    /// <summary>
    /// 헬기 및 함정 갑판 실시간 텔레메트리 (0-Alloc stack-only)
    /// </summary>
    public readonly struct ShipboardLandingTelemetry
    {
        public readonly float HeliAltitudeRelM;  // 갑판 기준 상대 고도 (m)
        public readonly float HeliSinkRateMps;   // 헬기 수직 강하율 z_dot (m/s)
        public readonly float DeckPitchDeg;      // 갑판 피치각 (도)
        public readonly float DeckRollDeg;       // 갑판 롤각 (도)
        public readonly float DeckHeaveRateMps;  // 갑판 수직 상하 동요 속도 (m/s)
        public readonly float EstimatedAirwakeW; // 추정된 후류 하향풍 (m/s)

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public ShipboardLandingTelemetry(float alt, float sink, float pitch, float roll, float heave, float airwake)
        {
            HeliAltitudeRelM = alt;
            HeliSinkRateMps = sink;
            DeckPitchDeg = pitch;
            DeckRollDeg = roll;
            DeckHeaveRateMps = heave;
            EstimatedAirwakeW = airwake;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 착함 오토파일럿 명령 출력 구조체
    /// </summary>
    public readonly struct LandingAutopilotCommand
    {
        public readonly float CommandedCollectiveDeg; // 주로터 콜렉티브 각도 지령 (도)
        public readonly float CommandedPitchCycDeg;   // 종축 사이클릭 각도 (도)
        public readonly float CommandedRollCycDeg;    // 횡축 사이클릭 각도 (도)
        public readonly bool IsGreenWindow;           // 착함 가능 녹색 윈도우 여부
        public readonly bool ExecuteTouchdown;        // 최종 착함 돌입 지령

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public LandingAutopilotCommand(float coll, float pitch, float roll, bool green, bool touchdown)
        {
            CommandedCollectiveDeg = coll;
            CommandedPitchCycDeg = pitch;
            CommandedRollCycDeg = roll;
            IsGreenWindow = green;
            ExecuteTouchdown = touchdown;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 해병대 마린온 1,000Hz 0-Alloc 함정 공기후류 극복 착함 오토파일럿 코어
    /// </summary>
    public ref struct MarineonShipboardLandingEngine
    {
        public const float TargetTouchdownSinkMps = -0.65f; // 목표 착함 상대 접지 속도 0.65m/s
        public const float MaxDeckRollLimitDeg = 2.5f;
        public const float MaxDeckPitchLimitDeg = 1.8f;
        public const float MaxDeckHeaveLimitMps = 0.5f;

        /// <summary>
        /// 1,000Hz 결정론적 함정 동요 예측 및 로터 피치 보상 제어 산출
        /// </summary>
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static LandingAutopilotCommand EvaluateLanding(
            in ShipboardLandingTelemetry tel,
            bool pilotLandingEngaged)
        {
            // 1. 착함 허용 녹색 윈도우(Green Window) 실시간 판정
            bool isGreen = (MathF.Abs(tel.DeckRollDeg) <= MaxDeckRollLimitDeg) &&
                           (MathF.Abs(tel.DeckPitchDeg) <= MaxDeckPitchLimitDeg) &&
                           (MathF.Abs(tel.DeckHeaveRateMps) <= MaxDeckHeaveLimitMps);

            // 2. 갑판 상하 운동을 고려한 상대 강하 오차 계산
            float relativeSinkRate = tel.HeliSinkRateMps - tel.DeckHeaveRateMps;
            float sinkError = TargetTouchdownSinkMps - relativeSinkRate;

            // 3. 공기후류(Airwake) 하향풍 외란 피드포워드 상쇄
            // 하향풍이 강할수록 주로터 콜렉티브 선제 가산
            float airwakeCompDeg = -tel.EstimatedAirwakeW * 0.45f;

            // 4. 고도별 콜렉티브 피치 제어
            float baseCollective = 12.5f; // 호버링 기본 콜렉티브
            if (pilotLandingEngaged && isGreen)
            {
                // 강하 단계: 완만한 강하율 유지
                baseCollective += (sinkError * 2.8f) + airwakeCompDeg;
            }
            else
            {
                // 갑판 불안정 시 호버링 유지 (상대 고도 5m 대기)
                float altHoldError = 5.0f - tel.HeliAltitudeRelM;
                baseCollective += (altHoldError * 1.5f) - (tel.HeliSinkRateMps * 2.0f) + airwakeCompDeg;
            }

            float finalCollective = Math.Clamp(baseCollective, 8.0f, 18.0f);

            // 5. 갑판 롤/피치 기울기에 맞춘 사이클릭 정렬 명령
            float pitchCyc = -tel.DeckPitchDeg * 0.35f;
            float rollCyc = -tel.DeckRollDeg * 0.35f;

            // 최종 0.8m 이내 접지 돌입 조건
            bool executeTouchdown = pilotLandingEngaged && isGreen && (tel.HeliAltitudeRelM <= 0.8f);

            return new LandingAutopilotCommand(
                finalCollective,
                pitchCyc,
                rollCyc,
                isGreen,
                executeTouchdown
            );
        }
    }
}

제4장: 2022 개정 교육과정 연계 교과 융합 지도안 (교사용 가이드)